1.3 Принцип действия автогенератора

Механизм возникновения колебаний можно упрощенно трактовать следующим образом. В момент включения автогенератора в колебательной системе самопроизвольно возникают слабые свободные колебания, обусловленные включением источников питания, замыканием цепей, скачками токов и напряжений в усилительном приборе и так далее. Благодаря специально введенной цепи положительной ОС, часть энергии колебаний, возникающих на выходе усилителя, поступает на его вход. Ввиду наличия узкополосной (обязательно высокодобротной) колебательной системы, все описанные процессы происходят только на одной частоте и резко затухают на других частотах.

Вначале, после включения питания автогенератора, усиление сигнала происходит в линейном режиме, а затем, по мере роста амплитуды колебаний, существенную роль начинают играть нелинейные свойства усилительного элемента. В результате амплитуда выходных колебаний автогенератора достигает некоторого установившегося уровня и потом становится практически неизменной. Энергия, отбираемая усилителем у источника постоянного тока, за один период колебаний, равна энергии расходуемой за то же время в нагрузке. В этом случае говорят о стационарном режиме работы автогенератора.

1.4 Условия самовозбуждения генератора

Выясним условия, при которых обязательно возникают незатухающие колебания в автогенераторе.Для процесса возбуждения и генерации колебаний часть их мощности с выхода усилителя (точнее, с колебательной системы) подается на его вход по цепи положительной обратной связи. Говоря другими словами, подобное устройство «возбуждает само себя» и поэтому называется автогенератором с самовозбуждением.

Выражение для напряжения обратной связи на любой частоте генерации можно записать в виде

. (3)

Тогда выходное напряжение , или с учетом (3)

. (4)

Как следует из соотношения (4), автогенератор будет работать в стационарном режиме при условии:

(5)

Представим формулу (5) следующим образом:

(6)

Здесь и – модули коэффициента усиления собственно усилителя (без цепи положительной ОС) и коэффициента передачи цепи положительной ОС;и – фазовые сдвиги, вносимые соответственно усилителем и цепью положительной ОС на текущей частоте .

В теории автогенераторов выражение (6) принято представлять в виде двух равенств:

; (7)

, (8)

где — коэффициент усиления усилителя с обратной связью;.

Соотношение (7) определяет условие баланса амплитудв автогенераторе. Из него следует, что в стационарном режиме на генерируемой частоте коэффициент усиления усилителя с обратной связьюравен единице, и имеет тот смысл, что для устойчивой работы автогенератора необходимо, чтобы поступление энергии в контур было бы равно энергии потерь за период колебаний.

Равенство (8) характеризует условие баланса фаз. Оно показывает, что в стационарном режиме суммарные фазовые сдвиги сигнала на частоте генерации, создаваемые усилителем и цепью положительной ОС, должны быть равны (или кратны) , т.е. подкачка энергии порциями через цепь обратной связи в контур должна осуществляться в фазе с собственными колебаниями в контуре. И физически означает тот факт, что обратная связь должна быть положительна. В схемах автогенераторов гармонических колебаний, работающих в стационарном режиме, соотношения (7) и (8) выполняются на одной фиксированной частоте , которая являетсярезонансной для узкополосной колебательной системы.

Если же , то амплитуда выходных колебаний будет непрерывно нарастать, что является необходимым условием самовозбуждения генератора.

Таким образом, условие самовозбуждения автогенератора имеет следующий вид: